在此將說明AC(交流)電壓轉換成DC(直流)電壓的基本方法,變壓器方式和開關方式。此外,也將進行變壓器方式和開關方式的比較探討總述。
首先,“為何必須AC/DC轉換?”讓我們先回到原點。
眾所周知,日本的家庭或大樓的主要供電是AC的100V或200V。然而,大多數電器通過其中的電子電路操作,幾乎都是利用5V和3.3V的DC電壓工作。其中雖然有電機設備和白熾燈炮等,直接以AC電壓驅動的設備,但最近電機和開關等較為單純的設備,幾乎無可避免地,都會配備電子控制電路,且全部的電子控制電路都以DC電壓驅動。此外,市場也逐漸將白熾燈炮換成LED,只是如同大家所知般,LED基本上仍是以DC驅動的。也就是說,“從送電網傳送過來的是AC,但因為相當于電子產品心臟的電子電路,是以DC驅動的,因此如果不將AC電壓轉換成DC電壓,將無法啟動電子產品”。以上是回答。相信大家會覺得“這樣的話,一開始傳送DC電源不就好了?”,但其實傳送AC電源,是有其歷史背景因素和理由的。
各位應該知道愛迪生在1881年時,發明了安裝白熾燈泡的電燈。其實在當時的美國境內,是以供應DC電源為標準,愛迪生為了推廣白熾燈泡,開始投入推行DC 110V送電網的事業。然而,傳送DC電源時,會造成電壓大幅度下降,因此傳送范圍無法超過1.5km,導致發電廠必須建造在街道的中。這話現在難以置信。尼古拉?特斯拉考察AC的發電、送電、使用方法,和愛迪生之間開始了電流戰爭。最后特斯拉方以能夠輕易變壓,且即使電線又細又長,傳送電力時也不會造成太大損耗的AC系統獲得勝利,而該結果也一直延續到現在。
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AC電源只要使用變壓器,就能輕松轉換電壓(升壓、降壓)。
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傳送電力時能保持高電壓/低電流,減輕電壓下降的現象(I2R損耗)。
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能輕易將AC電源轉換成DC電源,易于供應電力DC驅動設備。
其實發電廠送出數千至2萬V的AC高電壓后,在傳送到一般住戶前,再通過電線桿上的變壓器,降壓至100V和200V。
這是題外話,現階段住宅內的插座供應AC電源,所以各設備必須自行安裝AC/DC轉換電路才行。對于該部分,從節能化和小型化的觀點來看,不得不說多此一舉,在最近各地測試運轉和研究的智慧家居構想中,也曾考慮從住宅內的插座,直接供應DC電源的系統。雖然如此,但不代表電力送電網的設施能急速轉變成DC,或者不必AC/DC轉換。在該系統內,供應DC電源的家庭供電裝置,仍須設定高功率和效率的大功率AC/DC轉換器,以及在附近安裝中功率的AC/DC轉換器。
那么,再來談論另一個基本知識。在前述內容中提到“能輕易從AC轉變成DC”,但這屬于“整流”作用,為AC/DC轉換的根本,因此必須先了解其架構。
圖2為屬于整流基本種類的全波整流,以及半波整流的作用。無論哪方,都是將輸入的AC電壓和二極管相接,抓到負向波的振幅。半波整流只使用1個二極管,來抓到負向波的振幅,因此負向波消失,只剩下一半的波形,故稱半波。全波整流使用了由4個二極管組成的橋式二極管,能旋轉負向波,讓它出現在正向波區域內,而能顯示全波形的就是DC。
DC化之后,利用電容器讓波形平滑。但即使波形平滑仍會殘存紋波(Ripple:脈流),其振幅紋波電壓會因為電容器的容值和負載而出現變化。當電容器的容值和負載相同時,全波整流和半波整流相比,反而是全波整流的紋波電壓會變小。
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